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Optische Schnüffelnasen

Mit Infrarotstrahlung im Terahertz-Bereich lassen sich schnell und einfach chemische Untersuchungen durchführen. Beim Symposium „InraRed Optical Nanostructures“ kann man mehr über Erzeugung und Verwendung dieser ganz besondere Strahlung erfahren.

Micro-cavity Terahertz Quantenkaskadenlaser

Micro-cavity Terahertz Quantenkaskadenlaser

Micro-cavity Terahertz Quantenkaskadenlaser

Micro-cavity Terahertz Quantenkaskadenlaser

Halbleiter-Nanostrukturen, in denen nur ganz bestimmte Energie-Werte möglich sind

Halbleiter-Nanostrukturen, in denen nur ganz bestimmte Energie-Werte möglich sind

Halbleiter-Nanostrukturen, in denen nur ganz bestimmte Energie-Werte möglich sind

Halbleiter-Nanostrukturen, in denen nur ganz bestimmte Energie-Werte möglich sind

Wir brauchen sie, die Terahertz-Strahlen. In der Umwelt-Messtechnik, beim Untersuchen gefährlicher Stoffe oder auch bei Sicherheits-Checks am Flughafen möchte man einfach und zuverlässig bestimmte Chemikalien identifizieren. Strahlung mit einer Wellenlänge von einigen Mikrometern erweist sich dabei als besonders nützlich. An der TU Wien wird intensiv an solchen Strahlen geforscht. Bei einem Symposium am 9. November kann man mehr darüber erfahren.

Zwischen sichtbarem Licht und Mikrowellen

Unterschiedliche Atome und Moleküle reagieren unterschiedlich auf elektromagnetische Strahlung – ein Prinzip, das man sich schon lange in den unterschiedlichsten Forschungsbereichen zu Nutze macht. Viele wichtige chemische Verbindungen, unter ihnen auch verschiedene Sprengstoffe, Arzneimittel und Gifte, absorbieren Strahlung im Infrarotbereich, mit einer Wellenlänge von etwa zwei bis zwanzig Mikrometern. Das entspricht einer Frequenz von 15 bis 150 Terahertz.
Leider ist es aber sehr schwer, Strahlung in diesem Bereich herzustellen. Laser und andere Lichtquellen, die Strahlung durch Übergänge zwischen atomaren Zuständen erzeugen, produzieren Strahlung mit kürzerer Wellenlänge. Mikro- oder Radiowellen, die durch schwingende Elektronen erzeugt werden können, haben eine viel größere Wellenlänge.

Eingesperrte Elektronen

Um die gewünschte Infrarot-Strahlung herzustellen verknüpft man heute die Elektrotechnik mit der Quantenphysik. In sogenannten „Quantenpunkten“ (quantum dots) aus Halbleiterstrukturen können Elektronen gezielt festgehalten werden, die Halbleiterstruktur legt dabei die Eigenschaften des Elektrons fest. Nach den Gesetzen der Quantenphysik kann ein Elektron, das in einem Quantenpunkt eingesperrt ist, nur ganz bestimmte Energien annehmen – und der Wechsel zwischen zwei solchen möglichen Energie-Zuständen kann ein Photon im Infrarot-Bereich erzeugen. Solche Quantenpunkte können dann an Drähte angeschlossen und in Schaltkreise eingebaut werden.

Spezialforschungsbereich mit starker TU-Beteiligung

Der FWF-Spezialforschungsbereich „IROn – InfraRed Optical Nanostructures“ ist ein Zusammenschluss mehrerer Forschungsgruppen aus Österreich und Deutschland, geleitet von Prof. Karl Unterrainer vom Institut für Photonik der TU Wien. Mehrere TU-Forschungsgruppen sind daran beteiligt. Das Ziel des Forschungsprojektes ist, die optische Aktivität von Halbleiter-Nanostrukturen zu untersuchen, zu verstehen und zu verwenden.

Nachdem die optischen Eigenschaften von Größe und Geometrie der Strukturen abhängen und nicht bloß von Material-Parametern, kann optische Aktivität im Infrarot-Bereich bei ganz verschiedenen Materialien erreicht werden – auch bei Silikon und Germanium, die in der Halbleitertechnologie verwendet werden. So sollen künftig integrierte Schaltkreise mit optischen Sensor-Eigenschaften ein ganz selbstverständlicher Teil unseres Alltags werden.


Symposium „InfraRed Optical Nanostructures“
9. November 2012, 9:00 – 17:15
Theatersaal der ÖAW, Sonnenfelsgasse 19, 1010 Wien
Mehr über IROn: http://www.ir-on.at